在单片机应用中，通常需要同时处理多个任务，如读取传感器数据、控制执行器等。为了实现这些任务的并发处理，需要采用合适的技术和算法来进行多任务调度。本文将介绍几种常见的单片机多任务调度并发处理的技术。
1. 时间片轮转调度算法
时间片轮转调度算法是最简单且最常用的调度算法之一。该算法将所有任务按照一定的顺序组织成队列，每个任务执行一个时间片后，切换到下一个任务执行。任务队列中的任务按照一定的轮转顺序进行调度，实现了任务的并发执行。
void scheduler() {
while(1) {
for(int i = 0; i < NUM_TASKS; i++) {
if(tasks[i].state == RUNNING) {
tasks[i].execute();
tasks[i].state = READY;
}
}
}
}
优点：简单易实现，任务调度公平。
缺点：任务执行时间不可预知，有可能存在某个任务一直占用时间片的情况。
2. 优先级调度算法
优先级调度算法是一种基于任务优先级的调度方法。每个任务都有一个优先级，优先级高的任务先执行。当多个任务同时可执行时，选择优先级最高的任务执行。此算法可以实现任务的及时响应和实时性控制。
void scheduler() {
while(1) {
int highest_priority = 0;
int highest_priority_task_index = -1;
for(int i = 0; i < NUM_TASKS; i++) {
if(tasks[i].state == READY && tasks[i].priority > highest_priority) {
highest_priority = tasks[i].priority;
highest_priority_task_index = i;
}
}
if(highest_priority_task_index != -1) {
tasks[highest_priority_task_index].execute();
tasks[highest_priority_task_index].state = READY;
}
}
}
优点：可根据任务的紧急程度进行调度，适合实时性要求高的任务。
缺点：可能存在任务饥饿现象，优先级较低的任务可能无法获得执行机会。
3. 事件驱动调度算法
事件驱动调度算法是一种基于任务之间的依赖关系来进行调度的方法。任务的执行由事件触发，当一个任务的事件发生时，触发执行该任务，并根据任务的依赖关系继续触发执行其他任务。
void event_handler(Event event) {
for(int i = 0; i < NUM_TASKS; i++) {
if(tasks[i].event == event && tasks[i].state == READY) {
tasks[i].execute();
tasks[i].state = READY;
}
}
}
优点：任务之间相互独立，适合处理事件驱动型应用。
缺点：可能存在死锁和循环依赖等问题。
4. 实时操作系统（RTOS）
实时操作系统是一种专门设计用来处理实时任务的操作系统。RTOS提供丰富的任务调度和事件处理的接口和算法，能够高效、稳定地实现多任务的并发处理。
例如，对于基于ARM Cortex-M系列的单片机，可以使用FreeRTOS、uC/OS等开源的RTOS平台。这些RTOS平台提供了多任务调度、消息传递、信号量等机制，可以支持并发处理。
void task1(void *pvParameters) {
while(1) {
// 任务1的处理逻辑
}
}
void task2(void *pvParameters) {
while(1) {
// 任务2的处理逻辑
}
}
int main(void) {
xTaskCreate(task1, "Task1", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, NULL);
xTaskCreate(task2, "Task2", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, NULL);
vTaskStartScheduler();
return 0;
}
优点：可靠性高，对任务调度和并发处理提供了良好的支持。
缺点：需要额外的学习和开发成本。
综上所述，通过合适的调度算法和RTOS等相关技术，单片机可以实现多任务调度并发处理。根据具体的应用需求和资源限制，选择合适的技术方案，能够高效地实现各种任务的并发执行，提高系统性能和响应能力。
参考文献：
- FreeRTOS documentation: https://www.freertos.org/
- uC/OS-II documentation: https://www.micrium.com/
- "Real-Time Embedded Systems" by Xiaocong Fan, CRC Press.
本文来自极简博客，作者：梦里花落，转载请注明原文链接：通过单片机实现多任务调度
